MXPA00001507A - Aparato de proteccion termica para motores electricos. - Google Patents

Abstract

Se describe un mecanismo de proteccion termica. Una escobilla es empujada hacia contacto electrico con un conmutador a traves de un resorte de escobilla primario. Un sujetador termicamente deformable asegura liberablemente el resorte de escobilla primario a un alojamiento de escobilla. Un resorte de escobilla secundario empuja la escobilla lejos del conmutador con una fuerza menor que aquella del resorte primario. Una condicion de sobrecarga termica dentro del motor hace que el sujetador termicamente deformable se deforme de manera substancial, por lo que la fuerza ejercida sobre la escobilla por el resorte primario es substancialmente reducida. La fuerza ejercida por el resorte secundario supera al resorte primario de manera que la escobilla es forzadamente desacoplada del contacto electrico con el conmutador, terminando asi la operacion del motor.

Description

APARATO DE PROTECCIÓN TÉRMICA PARA MOTORES ELÉCTRICOS CAMPO TÉCNICO La presente invención se refiere en general a motores eléctricos, y más particularmente a un aparato de protección térmicamente sensible para dicho motor.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los motores eléctricos por lo general incluyen mecanismos que terminan la operación del motor en respuesta a condiciones de sobrecarga térmica que pueden dar como resultado un daño permanente del motor o equipo asociado. Una sobrecarga térmica, tal como una temperatura excesivamente alta del devanado o rotor, puede ocurrir como resultado de un rotor cerrado, una alta carga mecánica, un sobrevoltaje de suministro, una alta temperatura ambiental, o alguna combinación de estas condiciones. Los mecanismos de protección de sobrecarga térmica convencionales se basan en un interruptor o relé térmicamente sensible que interrumpe el flujo de energía eléctrica hacia el motor cuando la temperatura del devanado del motor u otro componente del motor alcanza una temperatura elevada predeterminada. Un aspecto típico utiliza un elemento de interrupción b¡-metálico que está térmicamente acoplado al motor. El elemento bi-metálico puede comprender un par de contactos eléctricos, de manera que las corrientes eléctricas suministradas al motor son conducidas directamente a través del elemento. Alternativamente, el elemento bi-metálico puede accionar o controlar un par auxiliar de contactos eléctricos que llevan la energía al motor. En cualquier caso, bajo condiciones de sobrecarga térmica, el elemento bi-metálico interrumpe la conexión eléctrica que suministra la energía al motor.

Otro aspecto utiliza vigas o resortes de aleación de memoria de forma para desacoplar las escobillas del motor del conmutador. En este aspecto, un elemento de aleación de memoria de forma regresa a una condición "memorizada" o sin distorsión en respuesta a una condición de alta temperatura. Este efecto de memoria reversible se utiliza para elevar las escobillas del conmutador para interrumpir la operación del motor en respuesta a una sobrecarga térmica, y regresa las escobillas a hacer contacto con el conmutador una vez que la temperatura dentro del rotor haya caído por debajo de un umbral predeterminado. Los aspectos conocidos descritos anteriormente tienen varias desventajas importantes. En primer lugar, estos aspectos todos están diseñados para proveer múltiples eventos de interrupción y son de auto-restablecimiento. De esta manera, una condición de sobrecarga térmica que resulta de una condición de rotor trabada, por ejemplo, puede ocasionar una ciclización de límite continua alrededor de la condición de sobrecarga térmica siempre que persista la condición de rotor cerrado. Dichos ciclos repetitivos hasta el límite térmico del motor pueden ocasionar daño o reducir substancialmente su vida de operación útil. En segundo lugar, los interruptores de auto-restablecimiento descritos anteriormente pueden hacerse menos confiables al proveer protección debido al desgaste y fatiga ocasionados por la flexión repetitiva. Finalmente, los aspectos del auto-restablecimiento discutidos anteriormente son complejos, consumen una cantidad importante de espacio dentro de un motor, son difíciles de ensamblar y son muy costosos.

COMPENDIO DE LA INVENCIÓN De acuerdo con un aspecto de la presente invención, un sujetador térmicamente deformable liberablemente asegura un resorte de escobilla primario a un alojamiento de escobilla. El resorte primario empuja la escobilla hacía un contacto eléctrico con un conmutador. Una condición de sobrecarga térmica en el motor ocasiona que el sujetador térmicamente deformable se suavice y substancialmente se deforme, de manera que la escobilla ya no es empujada hacia contacto eléctrico con el conmutador. De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, un sujetador térmicamente deformable liberablemente asegura un resorte de escobilla primario a un alojamiento de escobilla. El resorte primario empuja la escobilla hacia contacto eléctrico con un conmutador. Un segundo resorte empuja la escobilla lejos del conmutador con una segunda fuerza menor que la fuerza ejercida por el resorte primario. Una condición de sobrecarga térmica en el motor hace que el sujetador se suavice y substancialmente se deforme, de manera que la fuerza ejercida por el resorte primario es reducida a un nivel menor que la fuerza ejercida por el resorte secundario, desacoplando así de manera forzada la escobilla del conmutador. De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, un resorte primario es montado a un alojamiento de escobilla y empuja una escobilla hacia contacto eléctrico con un conmutador con una primera fuerza. Un segundo resorte está liberablemente asegurado al alojamiento de escobilla con un sujetador térmicamente deformable. Durante operación, el sujetador térmicamente deformable se deforma, de manera que el resorte secundario empuja la escobilla lejos del conmutador con una segunda fuerza mayor que la primera fuerza. La misma invención, junto con otros objetos y ventajas, se entenderá mejor haciendo referencia a la siguiente descripción detallada, tomada junto con los dibujos anexos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una vista en elevación, parcialmente en sección, de una modalidad de la presente invención; La Figura 2 es una vista en elevación posterior, parcialmente en sección, de la modalidad de la Figural; La Figura 3 es una vista en elevación, parcialmente en sección, de una modalidad alternativa de la presente invención; y La Figura 4 es una vista en planta fragmentaria de la modalidad de la Figura 3.

DESCRIPCIÓN DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS En las Figuras 1 y 2 se ilustra un mecanismo de protección térmica 10 para un motor eléctrico que modaliza los aspectos de la presente invención. El mecanismo de protección térmica 10 comprende un alojamiento de escobilla 12, una escobilla 14, un resorte primario 16, un resorte secundario 18 y un sujetador térmicamente deformable 20, todos preferiblemente dispuestos como se muestra. La escobilla 14 está deslizablemente dispuesta dentro del alojamiento de escobilla 12 y es empujada por el resorte primario 16 hacia contacto eléctrico con un conmutador de motor eléctrico 22. El resorte primario 16 está asegurado al alojamiento 12 a través del sujetador térmicamente deformable 20. El resorte secundario 18 empuja a la escobilla lejos del conmutador 22 con una fuerza menor que aquella del resorte primario 16 de manera que, bajo condiciones de operación normales, existe una trayectoria eléctrica entre el conmutador 22 y una derivación de escobilla 24 (mostrada en la Figura 2) que está unida a la escobilla 14. La escobilla 14 preferiblemente está hecha de un material de carbono conductor, y tiene un perfil alargado con un extremo externo biselado 34 y un extremo interno 36 adaptado para hacer contacto eléctrico con el conmutador 22. El extremo interno 36 de la escobilla 14 preferiblemente es cóncavo o tiene forma de copa con un radio de curvatura que substancialmente coincide con el radio de curvatura del conmutador 22.

La escobilla 14 está deslizablemente dispuesta con el alojamiento 12. El alojamiento 12 preferiblemente se hace de un material eléctricamente no conductor, tal como un termoplástico. Alternativamente, se puede utilizar un alojamiento eléctricamente conductor en combinación con un revestimiento eléctricamente aislante, u otra estructura similar interpuesta entre la escobilla y el alojamiento 12. En cualquier caso, el alojamiento 12 forma un canal o cavidad 46 que guía la escobilla 14 hacia el conmutador 22. el alojamiento 12 además sirve para mantener el extremo interno 36 de la escobilla 14 en alineación con el conmutador 22. De esta manera, el alojamiento 12 alimenta la escobilla 14 hacia el conmutador 22 a medida que la escobilla se desgasta, y mantiene al extremo interno 36 en alineación substancial con el conmutador 22 a medida que el conmutador gira. El resorte primario 16 de preferencia es un resorte de fuerza constante o de tipo de rodillo que tiene una porción embobinada 48 y una porción de segmento desenrollada 26. El resorte primario 16 aplica una fuerza substancialmente constante contra el extremo externo 34 de la escobilla14 perpendicular al eje de la porción embobinada 48 y se dirige a lo largo de la longitud de la escobilla 14 hacia el conmutador 22. A medida que la escobilla 14 se desgasta, su longitud se reduce y la porción embobinada 48 se mueve hacia el conmutador, de esta manera se rebobina una porción del segmente desenrollado 26. De esta manera, el resorte primario 16 mantiene una fuerza substancialmente constante contra la superficie externa 34 de la escobilla 14 independiente de la longitud de la escobilla 14. El sujetador térmicamente deformable 20 asegura el segmento desenrollado 26 al alojamiento 12. El alojamiento 12 incluye una depresión 44 y un agujero de montaje 38. El segmento desenrollado 26 tiene una abertura 42 que está alineada con el agujero de montaje 38 en el alojamiento 12. El sujetador térmicamente deformable 20 preferiblemente está configurado como un pasador o un cilindro que tiene una porción de cabeza 50, una porción de cuerpo 54, y una porción de cola 40. La porción de cuerpo 54 pasa a través de la abertura 42 y el agujero de montaje 38. la porción de cuerpo 54 se acopla con la abertura 42 en el segmento desenrollado 26 para sujetar con seguridad el segmento desenrollado 26 al alojamiento 12. La porción de cola 40 y la porción de cabeza 50 pueden ser térmicamente deformadas durante el ensamble inicial para evitar que la porción de pasador 54 se regrese hacia el agujero de montaje 38. Por ejemplo, se puede utilizar la operación de apilamiento por calor para "expandir" la porción de cola 40, de manera que su estado deformado no permitirá que pase a través del agujero de montaje 38 relativamente más pequeño. Además, la porción de cabeza 50 puede ser "expandida" para que el segmento desenrollado 26 que emparedado entre las "expansiones" formadas en la porción de cabeza 50 y la porción de cola 40. El sujetador 20 preferiblemente se hace de un material termoplástico que tiene un punto de fusión por arriba de la temperatura de operación normal del motor, pero por debajo de una temperatura de operación anormal encontrada durante, por ejemplo, una condición de sobrecarga. El resorte secundario 18 es de preferencia (aunque no necesariamente) un resorte de fuerza constante o de rodillo que tiene una porción embobinada 18, una porción de segmento desenrollado 28 y una porción de lengüeta 30. La porción embobinada 52 del resorte secundario 18 es capturada en una depresión de retención 56. La lengüeta 30 está acoplada con una porción con saliente 58 y empuja la escobilla 14 lejos del conmutador 22 ejerciendo una fuerza contra la porción con saliente 58. La fuerza ejercida por el resorte secundario 18 que empuja a la escobilla 14 lejos del conmutador en menor que la fuerza con la cual el resorte primario 16 empuja la escobilla 14 hacia el conmutador 22. Así, bajo condiciones de operación normales, el resorte primario 16 supera al resorte secundario 18 y empuja el extremo interno 36 de la escobilla 14 hacia contacto eléctrico con el conmutador 22. Consecuentemente, la energía eléctrica es transferida vía la derivación de escobilla 24 hacia la escobilla 14 y hacia el conmutador 22, permitiendo así que el motor opere. En respuesta a una condición de sobrecarga térmica dentro del motor, el sujetador 20 se suaviza y la porción desenrollada 26 del resorte primario 16 se corta a través de la porción de cuerpo 54 del sujetador 20. Si la temperatura elevada es suficientemente alta, y persiste durante un tiempo suficiente, el segmento desenrollado se cortará completamente a través de la porción de cuerpo 54 del sujetador 20, liberando así el resorte 16 del alojamiento y substancialmente reduciendo a cero la fuerza ejercida por la porción embobinada 48 contra la escobilla 14. La escobilla 14 entonces se mueve bajo la influencia del resorte secundario 18 hacia la izquierda, como se ve en la Figura 1, fuera de contacto con el conmutador 22, deshabilitando así al motor. Aquellos expertos en la técnica inmediatamente reconocerán que se puede utilizar una amplia variedad de otras configuraciones y material para el sujetador 20 sin apartarse del espíritu de la invención. Por ejemplo, el sujetador 20 puede ser un remache o tapón de plástico que empareda el segmento desenrollado 26 entre una porción de cabeza y el alojamiento 12. Alternativamente, el sujetador 20 puede ser un tornillo o perno roscado que se une en el alojamiento 12, un tapón con forma de árbol de Navidad, o un sujetador de tipo de agarradera. Además, el sujetador 20 puede hacerse de una variedad de materiales distintos a un termoplástico. Por ejemplo, para obtener resultados similares, se pueden utilizar metales que tengan un punto de fusión bajo, tales como plomo o aleaciones de plomo. El sujetador 20 alternativamente puede ser diseñado para deformarse sin cortarse por completo, como se discutió anteriormente. Por ejemplo, el sujetador 20 puede incorporar un tope mecánico hecho de un material que substancialmente no se suaviza en respuesta a una condición de sobrecarga térmica típica dentro del motor. Así, en respuesta a una condición de sobrecarga térmica, la porción de segmento desenrollado 26 se corta a través de la porción suavizada del sujetador 20 para reducir la fuerza ejercida sobre la escobilla 14, pero se detiene una vez que ha encontrado el material de tope duro. Aquellos expertos en la técnica reconocerán que el resorte primario 16 y el resorte secundario 18 puede ser del mismo tipo o de tipos diferentes. Por ejemplo, el resorte primario 16 puede ser un resorte de fuerza constante, mientras que el resorte secundario puede ser un resorte helicoidal. Alternativamente, se puede sustituir un número de tipos de resorte adecuado en una variedad de combinaciones para el resorte primario 16 y el resorte secundario 18, sin apartarse del espíritu de la invención. Aquellos expertos en la técnica también reconocerán que el resorte secundario 18 puede ser eliminado sin apartarse del espíritu de la invención. Aunque el resorte secundario 18 añade una mejora importante proveyendo un desacoplamiento más positivo de la escobilla 14 del conmutador 22, no es esencial para la operación del mecanismo de protección 10. La liberación del resorte primario 16 del alojamiento 12 reduce la fuerza que empuja a la escobilla 14 hacia contacto eléctrico con el conmutador 22 substancialmente a cero. Además, la rotación del conmutador 22 tiende a empujar ei extremo interno 36 de la escobilla 14 lejos del conmutador 22. De esta manera, aún sin el resorte secundario 18 en su lugar, la trayectoria eléctrica entre la derivación de escobilla 24 y el conmutador 22 es interrumpida, o por lo menos seriamente dañada, cuando el sujetador 20 libera el resorte primario del alojamiento 12 en respuesta a una condición de sobrecarga térmica dentro del motor. Las Figuras 3 y 4 ilustran una modalidad alternativa 60 de la presente invención que incluye muchos de los elementos utilizados en el mecanismo de protección térmica 10 mostrado en las Figura 1 y 2. En la modalidad mostrada en la Figura 3, una lengüeta de montaje 64 permanentemente asegura el resorte primario 16 al alojamiento. La lengüeta de montaje 64 se proyecta hacia arriba desde una superficie 66 de la porción desenrollada 26 y se detiene contra una cara 68 de la depresión 44. La lengüeta de montaje 64 puede ser formada directamente del material de la porción desenrollada 26. Por ejemplo, la porción desenrollada 26 puede ser estampada utilizando técnicas convencionales para producir una porción con forma rectangular que se flexiona hacia arriba como se muestra en la Figura 3. La porción embobinada 48 del resorte primario 16 empuja el extremo interno 36 de la escobilla 14 contra el conmutador 22 y además fuerza a la lengüeta 64 contra la cara 68 en la depresión 44.

En la modalidad alternativadO, el sujetador térmicamente deformable 20 asegura la porción desenrollada 28 del resorte secundario 18 al alojamiento 12, de manera que la lengüeta 30 se separa de la porción con saliente 58 de la escobilla 14. La porción de cuerpo 54 del sujetador 20 pasa a través de una abertura 62 y el agujero de montaje 38. La porción de cuerpo 54 se acopla con la abertura 62 en el segmento desenrollado 28 para sujetar con seguridad el segmento desenrollado 28 del resorte secundario 18 al alojamiento 12. En contraste a la modalidad mostrada en las figuras 1 y 2, la porción de bobina 52 del resorte secundario 18 aplica una fuerza contra una cara 70 del alojamiento 12 que excede la fuerza con la cual el resorte primario 16 empuja la escobilla 14 hacia el conmutador 12. De esta manera, en respuesta a una condición de sobrecarga térmica dentro del motor, la porción desenrollada 28 del resorte secundario 18 se corta a través de la porción de cuerpo 54 del sujetador 20, permitiendo así que la porción desenrollada 28 se retraiga hacia la porción de bobina 52. A medida que la porción desenrollada 28 se retrae, la porción de lengüeta 30 se acopla con la porción con saliente 58 de la escobilla 14 y empuja a la escobilla fuera de contacto con el conmutador 22, deshabilitando así al motor. Como con la modalidad de la Figura 1, la porción de cabeza 50 y/o la porción de cola 40 del sujetador 20 puede ser deformada utilizando varias operaciones secundarias (por ejemplo, apilamiento con calor) para evitar que la porción de pasador 54 se regrese atrás del agujero de montaje 38. También los materiales y configuraciones de pasador alternativos, antes mencionados similarmente pueden ser utilizados con esta modalidad sin apartarse del alcance de la invención. Claro que, se debe entender que se puede hacer una escala de cambios y modificaciones a las modalidades descritas anteriormente. Por lo tanto, se pretende que la descripción detallada anterior sea considerada como ilustrativa en lugar de limitante y que se debe entender las siguientes reivindicaciones, incluyendo todas sus equivalentes, están destinadas a definir el alcance de esta invención.

Claims (24)

REIVINDICACIONES

1.- Un aparato de protección para un motor eléctrico que tiene una escobilla y un conmutador, que comprende: un alojamiento en donde está dispuesta la escobilla; un resorte primario; y un sujetador térmicamente deformable que asegura liberablemente el resorte primario, de manera que el resorte ejerce una fuerza sobre la escobilla para empujar la escobilla contra el conmutador, el sujetador siendo sensible a una condición de alta temperatura en el motor para hacer que el sujetador se deforme, de manera que la fuerza ejercida por el resorte primario sobre la escobilla es reducida.

2.- El aparato de protección de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el sujetador térmicamente deformable se hace de un material de plástico.

3.- El aparato de protección de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el resorte primario empuja la escobilla hacia el conmutador con una fuerza substancialmente constante a medida que ocurre el desgaste de la escobilla.

4.- El aparato de protección de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la escobilla tiene una longitud que se extiende entre un extremo interno adaptado para acoplar el conmutador y un extremo externo, y en donde el resorte primario comprende una bobina con un eje substancíalmente perpendicular a la longitud de la escobilla.

5.- El aparato de protección de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el resorte primario tiene un segmento desenrollado, y en donde el sujetador térmicamente deformable liberablemente sujeta el segmento desenrollado al alojamiento.

6.- El aparato de protección de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además un resorte secundario montado al alojamiento y adaptado para empujar la escobilla lejos del contacto eléctrico con el conmutador.

7.- El aparato de protección de acuerdo con la reivindicación 6, en donde el resorte primario empuja la escobilla hacia el conmutador con una primera fuerza y el resorte secundario empuja la escobilla lejos del conmutador con una segunda fuerza menor que la primera fuerza.

8.- El aparato de protección de acuerdo con la reivindicación 6, en donde el resorte secundario empuja la escobilla lejos del conmutador con una fuerza substancialmente constante a medida que la escobilla se desgasta.

9.- El aparato de protección de acuerdo con la reivindicación 6, en donde la fuerza reducida ejercida por el resorte primario es menor que la fuerza ejercida por el resorte secundario.

10.- Un aparato de protección para un motor eléctrico que tiene una escobilla y un conmutador, que comprende: un alojamiento en donde está dispuesta la escobilla; un resorte primario empujando a la escobilla hacia un contacto eléctrico con el conmutador; y un sujetador térmicamente deformable acoplado térmicamente al alojamiento y adaptado para asegurar liberablemente el resorte primario al alojamiento. por lo que una condición térmica no deseable dentro del motor hace que el sujetador térmicamente deformable libera el resorte primario del alojamiento, de manera que ya no empuja la escobilla hacia un contacto eléctrico con el conmutador.

11.- El aparato de protección de acuerdo con la reivindicación 10, en donde el sujetador térmicamente deformable está hecho de un material de plástico.

12.- El aparato de protección de acuerdo con la reivindicación 10, en donde el resorte primario empuja la escobilla hacia el conmutador con una fuerza substancialmente constante a medida que ocurre el desgaste de la escobilla.

13.- El aparato de protección de acuerdo con la reivindicación 10, en donde la escobilla tiene una longitud que se extiende entre un extremo interno adaptado para acoplar el conmutador y un extremo externo, y en donde el resorte primario comprende una bobina con un eje substancialmente perpendicular a la longitud de la escobilla.

14. El aparato de protección de acuerdo con la reivindicación 10, en donde el resorte primario tiene un segmento desenrollado y en donde el sujetador térmicamente deformable sujeta liberablemente el segmento desenrollado al alojamiento.

15.- El aparato de protección de acuerdo con la reivindicación 10, que comprende además un resorte secundario montado al alojamiento y adaptado para empujar la escobilla lejos de contacto eléctrico con el conmutador.

16.- El aparato de protección de acuerdo con la reivindicación 15, en donde el resorte primario empuja la escobilla hacia el conmutador con una primer fuerza y el resorte secundario empuja la escobilla lejos del conmutador con una segunda fuerza menor que la primera fuerza.

17.- El aparato de protección de acuerdo con la reivindicación 15, en donde el resorte secundario empuja la escobilla lejos del conmutador con una fuerza substancialmente constante a medida que la escobilla se desgasta.

18.- El aparato de protección de acuerdo con la reivindicación 15, en donde la fuerza reducida ejercida por el resorte primario es menor que la fuerza ejercida por el resorte secundario.

19.- Un aparato de protección para un motor eléctrico que tiene una escobilla y un conmutador, que comprende: un alojamiento en el cual está dispuesta la escobilla; un resorte primario montado al alojamiento y empujando la escobilla contra el conmutador; un resorte secundario; y un sujetador térmicamente deformable que asegura liberablemente uno de los resortes primario y secundario al alojamiento, el sujetador siendo sensible a una condición de alta temperatura en el motor que hace que el sujetador se deforme de manera que el resorte secundario empuja la escobilla lejos del conmutador.

20.- El aparato de protección de acuerdo con la reivindicación 19, en donde el sujetador térmicamente deformable está hecho de un material de plástico.

21.- El aparato de protección de acuerdo con la reivindicación 19, en donde el resorte primario empuja la escobilla hacia el conmutador con una fuerza substancialmente constante a medida que ocurre el desgaste de la escobilla.

22.- El aparato de protección de acuerdo con la reivindicación 19, en donde la escobilla tiene una longitud que se extiende entre un extremo interno adaptado para acoplar el conmutador y un extremo externo, y en donde el resorte primario comprende una bobina con un eje substancialmente perpendicular a la longitud de la escobilla.

23.- El aparato de protección de acuerdo con la reivindicación 19, en donde el resorte secundario tiene un segmento desenrollado, y en donde el sujetador térmicamente deformable sujeta liberablemente el segmento desenrollado al alojamiento.

24.- El aparato de protección de acuerdo con la reivindicación 19, en donde el resorte secundario es un resorte de fuerza constante.